La silicalite de titane-1 (TS-1) n'est pas un nouveau catalyseur :Cela fait près de 40 ans depuis son développement et la découverte de sa capacité à convertir le propylène en oxyde de propylène, un produit chimique de base important dans l'industrie chimique. Maintenant, en combinant différentes méthodes, une équipe de scientifiques de l'ETH Zurich, l'Université de Cologne, l'Institut Fritz Haber et BASF ont dévoilé le mécanisme d'action surprenant de ce catalyseur. De Cologne, le groupe de travail du professeur Dr. Albrecht Berkessel au Département de chimie a été impliqué. Ces découvertes permettront à la recherche sur les catalyseurs de faire un pas en avant important.

L'oxyde de propylène est utilisé dans l'industrie pour fabriquer des produits tels que les polyuréthanes, additifs antigel et fluides hydrauliques. Plus de 11 millions de tonnes d'oxyde de propylène sont produites chaque année dans l'industrie chimique mondiale, dont 1 million de tonnes sont déjà produites par l'oxydation du propylène avec du peroxyde d'hydrogène. Cette réaction chimique est catalysée par TS-1, un microporeux, matériau cristallin composé de silicium et d'oxygène et contenant de petites quantités de titane. Le catalyseur est utilisé avec succès depuis 40 ans et les experts ont supposé que le centre actif de TS-1 contenait des individus, des atomes de titane isolés qui assurent la réactivité particulière du catalyseur.

Une équipe de chercheurs de l'ETH Zurich, l'Université de Cologne, l'Institut Fritz Haber et BASF ont remis en question cette hypothèse. "Dans les années récentes, des doutes ont surgi quant à savoir si l'hypothèse concernant le mécanisme d'action est correcte, car il repose principalement sur des analogies avec des catalyseurs comparables et moins sur des preuves expérimentales. Mais si vous essayez d'optimiser un catalyseur sur la base d'une hypothèse erronée, c'est très difficile et peut vous mener dans la mauvaise direction. Il était donc important d'examiner de plus près cette hypothèse, " explique le scientifique de BASF, le Dr Henrique Teles, l'un des co-auteurs de la publication scientifique, le point de départ de la collaboration.

Dans une étude maintenant publiée dans La nature , l'équipe a pu, en utilisant des études RMN à l'état solide et la modélisation informatique, pour montrer que deux atomes de titane voisins sont nécessaires pour expliquer l'activité catalytique particulière. Cela a conduit l'équipe de recherche à conclure que les atomes de titane ne sont pas isolés mais que le centre catalytiquement actif est constitué d'une paire de titane. "Aucune des méthodes que nous avons utilisées dans l'étude n'est fondamentalement nouvelle, mais aucun des groupes de recherche impliqués dans l'étude n'aurait pu mener l'enquête seul, " souligne le Prof. Christophe Copéret de l'ETH Zurich, l'auteur de la correspondance de la publication. "Seule la combinaison de différents domaines d'expertise et de diverses techniques a permis d'examiner de plus près le centre actif du catalyseur."

« Nous avons travaillé pendant de nombreuses années pour élucider le mécanisme de réaction d'un catalyseur homogène au titane et avons constaté que, contrairement aux hypothèses de la littérature, le peroxyde d'hydrogène est activé par une paire de titane. C'était vraiment un moment particulier lorsque nous avons vu dans le étude actuelle que les résultats de la catalyse homogène s'appliquent également à la catalyse hétérogène, " a déclaré le co-auteur, le professeur Albrecht Berkessel de l'Université de Cologne. Et le Dr Thomas Lunkenbein, co-auteur de l'Institut Fritz Haber de Berlin, ajoute :« Nous sommes très heureux d'avoir pu contribuer à cette étude. Grâce à nos analyses, nous avons pu justifier les conclusions. La connaissance d'un centre actif diatomique est d'une importance fondamentale et ouvre de nouvelles possibilités dans la recherche sur les catalyseurs."

L'équipe est convaincue que les résultats de cette étude permettront non seulement d'améliorer les catalyseurs existants, mais aussi de développer de nouveaux catalyseurs homogènes et hétérogènes.